JPH03293141A - 液体噴射ヘッド - Google Patents

液体噴射ヘッド

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JPH03293141A
JPH03293141A JP9600790A JP9600790A JPH03293141A JP H03293141 A JPH03293141 A JP H03293141A JP 9600790 A JP9600790 A JP 9600790A JP 9600790 A JP9600790 A JP 9600790A JP H03293141 A JPH03293141 A JP H03293141A
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JP
Japan
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ink
layer
liquid
nozzle
pattern
Prior art date
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Pending
Application number
JP9600790A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Watanabe
博之 渡辺
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はインクジェットプリンタ等に用いられる液体噴
射ヘッドに関する。
[従来の技術] 従来のインクジェットプリンタにおける液体噴射ヘッド
には、ピエゾ素子を利用したものが知られている。特公
昭53−12138に示された液体噴射ヘッドは、一方
の側に毛細管ノズル(オリフィス)を備え、他方の側が
ピエゾ素子を貼付けたインク液室を有し、前記圧電素子
に適当な電圧インパルスが選択的に印加されて前記ピエ
ゾ素子が逆圧電効果により電歪を生じ、前記インク液室
内の体積が減少してその室内のインク液の圧力が瞬間的
に上昇することにより前記毛細管ノズルよりインク液を
微小な液滴として噴出するようになっている。
[発明が解決しようとする課題] 従来のインクジェットプリンタに於ける液体噴射ヘッド
ではピエゾ素子を利用しているものが多かった。ピエゾ
素子としてPZT等のセラミックス焼結体を用いていた
ので、ピエゾ素子はインク流路とは別に製造し、両者を
接着等の方法で一体化して液体噴射ヘッドとしていた。
ピエゾ素子を用いた液体噴射ヘッドにおいては、その製
造を行う過程で、ピエゾ素子をハンドリングしたり貼付
けたりすることが必要であったため、該ピエゾ素子を微
細化することが困難であり、このため液体噴射を行うノ
ズルの高密度化や、ノズルをライン状に長尺に形成する
マルチノズル化が困難であった。またこれに加え、ピエ
ゾ素子貼付は等の煩雑な製造工程を有していたため、こ
の従来の液体噴射ヘッドは高価格であった。
本発明は以上の課題を解決するもので、その目的とする
ところは、ピエゾ素子によらず、単一の基板で構成され
た、ノズル高密度化やマルチノズル化が容易で、しかも
低価格の液体噴射ヘッドを実現することにある。
[課題を解決するための手段] 以上述べた課題を解決するため、本発明の液体噴射ヘッ
ドは、インク供給源から液状インクを供給されその液状
インクを噴射するノズルを開口されたインク液室の少な
くとも一部が薄膜によって構成され、かつ前記薄膜と対
向する電極を備えている液体噴射ヘッドにおいて、シリ
コン基板上のインク室となる領域にエッチストップ層を
設けたことを特徴とする。
[実施例] 第1図(a)及び(b)は、それぞれ本発明の実施例に
おける液体噴射ヘッドの流路に沿った断面図及び一つの
流路について流路に垂直な面で切断した液体噴射ヘッド
の斜視図である。第1図(a)及び(b)において、1
01は(100)面単結晶シリコン基板、102は高濃
度のボロンを拡散させたシリコン層で、エッチストップ
層と下部電極を兼ねる。103はエピタキシャル成長し
たシリコン層、104は薄膜に一部覆われたインク液室
、105はインク供給路、106はノズル、107はS
io2薄膜、108は上部電極、109はSiO2の保
護膜である。インク流路105を通してインク液室10
4内及びノズル106にはインク液が満たされる。第1
図(b)の斜視図では、上部電極108、保護膜109
は省略して図示していない。
本発明の液体噴射ヘッドの基本的な動作は次のようにな
る。下部電極102と上部電極108との間に電圧を印
加すると、静電的引力によって上部電極108はSiO
2薄膜107や保護膜109と共に内側にたわみ、イン
ク液室104内の体積が急激に減少し、その際の圧力上
昇により、インク液はノズル106より吐出される。
第2図及び第3図をもとに本実施例の液体噴射ヘッドの
製造方法の一例を示す。それぞれの図において、第1図
と同一の記号は第1図と同一のものを表す。第2図(a
)〜(d)は本発明の実施例における液体噴射ヘッドの
インク流路105の流路方向に垂直な面での断面図であ
る。 (100)面を表面とする単結晶シリコンウェハ
101上のエピタキシャル成長させたシリコン層103
上にSiO2膜210を形成し、所望の流路パターンを
取り除き、多結晶Siのエッチチャネル211を流路パ
ターンを覆うように形成し、同図(a)に示すような断
面図となる。第2のSiO2膜212を形成し、流路パ
ターンの外周にエッチ孔213を多結晶Siのエッチチ
ャネル211に到達するように開け、同図(b)に示す
ような断面図となる。KOH水溶液等の異方性エツチン
グ液を用いてアンダカットエッチングを行う。エツチン
グはエッチ孔213を通して、多結晶Siのエッチチャ
ネル211を除去しながら進行し、Si基板に空洞を形
成し、同図(C)に示すような断面図となる。図中の矢
印はエツチングの進行を表している。エッチチャネル2
11が全部除去されるとシリコン基板の異方性エツチン
グは(111)面215で囲まれた空洞を作ったところ
で自動的に停止する。これがインク流路105となる。
CV D ”Q S i O2保護膜109を基板表面
に形成し、エッチ孔213の封止を行い同図(d)に示
す様な断面図となり、インク流路105が完成する。
ノズル106もこれと同様の手順で同時に形成できる。
第3図(a)〜(d)は本発明の実施例における液体噴
射ヘッドのインク液室104の流路方向に垂直な面での
断面図である。 (100)面を表面とする単結晶シリ
コンウェハ101上に高濃度のボロンを拡散させた層1
02を所望のパターンで形成し、その上にシリコンエピ
タキシャル層103を成長させる。SiO2膜210を
形成し、所望の流路パターンを取り除き、多結晶Siの
エッチチャネル211を流路パターンを覆うように形成
し、同図(a)に示すような断面図となる。
第2のSiO2膜212を形成し、流路パターンの外周
にエッチ孔213を多結晶Siのエッチチャネル211
に到達するように開け、同図(b)に示すような断面図
となる。KOH水溶液等の異方性エツチング液を用いて
アンダカットエッチングを行う。エツチングはエッチ孔
213を通して、多結晶Siのエッチチャネル211を
除去しながら進行し、シリコンエピタキシャル層103
に空洞を形成し、同図(C)に示すような断面図となる
。高濃度ボロン層102がエッチストップ層として働き
、 (111)面215と高濃度ボロン層7 102とで囲まれた台形状の空洞を作ったところでエツ
チングは自動的に停止する。この空洞がインク液室10
4となる。スパッタ法で上部電極108を形成シタ後、
CV D ”’Q S i O2保護膜109を基板表
面に形成し、エッチ孔213の封止ど上部電極108の
封止を行い同図(d)に示す様な断面図となり、インク
液室104が完成する。
第2図及び第3図で示した製造方法は同時に行ってイン
ク流路105、ノズル106、インク液室104を同時
に形成することができる。
第4図は本発明の他の実施例における液体噴射ヘッドの
流路に沿った断面図である。第1図と同一の記号は第1
図と同一のものを表す。本実施例では、ノズル106を
SiO2膜に開けであるので、ノズルの長さを非常に短
くすることができ、圧力の損失を減らすことができた。
第5図(a)〜(d)をもとに第4図の液体噴射ヘッド
の製造方法の一例を示す。 (100)面を表面とする
単結晶シリコンウェハ101上に第3図で示した方法と
同様にして高濃度のボロンを一8= 拡散させた層102、シリコンエピタキシャル成長層1
03、SiO2膜210、多結晶Siのエッチチャネル
211を形成し、第2の5iC)+膜212を形成後、
流路パターンの外周にエッチ孔213を多結晶Siのエ
ッチチャネル211に到達するように開け、更にインク
液室の一部となる部分のSiO2膜にエッチチャネル2
11に到達するようにノズル506を開け、同図(a)
に示すような断面図となる。配線用金属材料層を積層し
、上部電極108とノズル封止栓516とをバターニン
グして形成し、同図(b)に示すような断面図となる。
KOH水溶液等の異方性エツチング液を用いてアンダカ
ットエッチングを行う。エツチングはエッチ孔213を
通して、多結晶Siのエッチチャネル211を除去しな
がら進行し、シリコンエピタキシャル成長層103に空
洞を形成し、同図(C)に示すような断面図となる。高
濃度ボロン層102がエッチストップ層として働き、 
(111)面215と高濃度ボロン層102とで囲まれ
た台形状の空洞を作ったところでエツチングは自動的に
停止する。この空洞がインク液室104となる。CV 
D 1’ S i O2保護膜109を基板表面に形成
し、エッチ孔213の封止を行い、ノズル封止栓516
をエツチングで除去することにより、同図(d)に示す
様な断面図となり、ノズル106及びインク液室104
が完成する。
第2図で示したインク流路の製造方法を併用しインク流
路105、ノズル106、インク液室104を同時に形
成することができる。
以上述べた実施例に於ける液体噴射ヘッドでは下部電極
がむき出しになっているが、これはインク液室104内
を熱酸化することによりインク液室内全体をSiO2の
保護膜で覆ってもよい。
以上述べた実施例に於ける液体噴射ヘッドは、前述のご
とく半導体プロセス技術を応用して薄膜や液体流路等を
連続的に形成しているため、ノズルの高密度化やマルチ
ノズル化が容易となり、400 d o t s / 
i n c hの解像度で、5cmの長さを持つライン
液体噴射ヘッドが製造できた。本発明の構成を取ること
により800 d o t s / inch程度の高
解像度のライン液体噴射ヘッドも実現可能である。なお
、本発明の液体噴射ヘッドは以上述べた実施例のみなら
ず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において広く応用が
可能であり、また、インクジェットプリンタのみならず
、他の印字、印刷装置(例えば、タイプライタ、コピー
機出力等)や、塗装装置、捺染装置等に広く適用される
[発明の効果] 静電的引力をインク液滴の噴出力として利用しているの
で、従来のピエゾ素子のような多層構造が必ずしも必要
ではなくなり、構造が簡単になった。更にインク室を形
成する領域にエッチストップ層を形成することにより、
インク液室とインク流路、ノズルを同時に形成すること
が出来るようになり、工程数を大幅に削減することがで
きた。
これと異方性エツチングを用いた薄膜形成技術とフォト
リソグラフィー技術を用いたバターニング技術とにより
、液体噴射ヘッドのマルチノズル化11− やノズルの高密度化が容易となった。このため、高密度
で長尺のライン液体噴射ヘッドが実現された。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は、それぞれ本発明の実施例に
おける液体噴射ヘッドのインク供給路に沿った断面図及
び斜視図。 第2図(a)〜(d)は、本発明の実施例における液体
噴射ヘッドのインク流路の製造工程順の断面図。同図(
a)はエッチチャネル形成工程終了時、同図(b)はエ
ッチ孔形成工程終了時、同図(C)は異方性エツチング
進行中、同図(d)は液体噴射ヘッド完成時。 第3図(a)〜(d)は、本発明の実施例における液体
噴射ヘッドのインク液室の製造工程順の断面図。同図(
a)はエッチチャネル形成工程終了時、同図(b)はエ
ッチ孔形成工程終了時、同図(c)は異方性エツチング
進行中、同図(d)は液体噴射ヘッド完成時。 2− 第4図は、本発明の他の実施例における液体噴射ヘッド
のインク供給路に沿った断面図。 第5図(a)〜(d)は、本発明の他の実施例における
液体噴射ヘッドのインク液室の製造工程順の断面図。同
図(a)はエッチ孔及びノズル形成工程終了時、同図(
b)は上部電極及びノズル封止栓形成工程終了時、同図
(C)は異方性エツチング進行中、同図(d)は液体噴
射ヘッド完成時の断面図。  10 11 12 13 15 06 16 SiO2薄膜 エッチチャネル SiO2薄膜 エッチ孔 (111)面 ノズル ノズル封止栓 以 上  01 02 03 04 05 06 07 08 09 単結晶シリコン基板 エッチストップ層 シリコンエピタキシャル層 インク液室 インク供給路 ノズル SiO2薄膜 上部電極 SiO2保護膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. インク供給源から液状インクを供給されその液状インク
    を噴射するノズルを開口されたインク液室の少なくとも
    一部が薄膜によって構成され、かつ前記薄膜と対向する
    電極を備えている液体噴射ヘッドにおいて、シリコン基
    板上のインク室となる領域にエッチストップ層を設けた
    ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
JP9600790A 1990-04-11 1990-04-11 液体噴射ヘッド Pending JPH03293141A (ja)

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JP9600790A JPH03293141A (ja) 1990-04-11 1990-04-11 液体噴射ヘッド

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JP9600790A JPH03293141A (ja) 1990-04-11 1990-04-11 液体噴射ヘッド

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997034769A1 (fr) * 1996-03-18 1997-09-25 Seiko Epson Corporation Tete a jet d'encre et son procede de fabrication
US6343853B1 (en) 1998-12-17 2002-02-05 Ricoh Company Ltd. Electrostatic actuator for an ink jet head of an inkjet recording apparatus
US6712456B2 (en) 2000-01-17 2004-03-30 Seiko Epson Corporation Ink-jet recording head, manufacturing method of the same and ink-jet recording apparatus

Cited By (4)

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